基于自适应滤波技术的有源滤波器谐波电流检测的研究

摘要

随着电力电子设备的广泛使用,电力系统中的谐波污染问题越来越引起人们的重视和关注。由于传统的无源电力滤波器只能吸收固定频率的谐波,且体积大、容易和系统发生谐振,使得其必将被有源电力滤波器所取代。与传统的无源LC滤波器相比较,有源电力滤波器具有响应快、补偿效果好和能够实现动态补偿等优点。
　　 首先,介绍了有源电力滤波器的发展历程、研究趋势、工作原理和常见的拓扑结构。对常用的谐波检测算法和控制策略进行了简单概述,详细分析了基于瞬时无功功率理论的p—q法和ip—iq法。
　　 其次,以三相三线制对称电路为研究对象,介绍了一种LMS(最小均方)自适应滤波结合ip-iq法的谐波电流检测方法,提出了一种基于改进LMS算法的自适应滤波器来替代传统的LPF(低通滤波器)。对影响步长迭代的参数进行限定,确保参数的选取不会影响算法的收敛性。通过仿真研究,证明了这种新算法与传统ip-iq法相比,在略微降低检测精度的同时大大提高了动态跟踪能力。
　　 再次,概述了LMF(最小四阶矩)算法的原理结构,提出了一种LMS／LMF算法结合ip-iq法的谐波电流检测法,即采用ip-iq法进行谐波检测,但用LMS／LMF自适应滤波器来完成传统LPF的功能。为了确保自适应算法的检测精度和动态响应速度,采用了当前误差信号和上次误差信号的自相关估计来进行算法的步长迭代。通过算法的性能分析和仿真验证了算法的有效性。
　　 最后,基于DSP(数字信号处理器)芯片TMS320F2812,设计了一个三相三线制谐波电流检测系统,并对其软硬件构成进行了详细的介绍。实验结果表明,采用改进LMS／LMF自适应滤波器结合ip-iq的谐波电流检测算法能够较好地检测出输入电流中’所含的谐波和无功成份。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 谐波的定义及危害

1.1.1 谐波的定义

1.1.2 常见的谐波源

1.1.3 谐波的危害

1.2 谐波抑制的方法

1.3 有源电力滤波器概况

1.3.1 有源电力滤波器的发展历程

1.3.2 有源电力滤波器的研究现状

1.3.3 有源电力滤波器的发展趋势

1.4 本文内容安排

第二章 有源电力滤波器的原理及检测方法、控制策略研究

2.1 有源电力滤波器的原理及分类

2.1.1 有源电力滤波器的原理

2.1.2 有源电力滤波器的分类

2.2 谐波检测方法概述

2.3 基于瞬时无功功率理论的谐波检测算法

2.3.1 三相瞬时无功功率理论基础

2.3.2 p-q法

2.3.3 ip-iq法

2.4 APF的补偿电流控制策略

2.4.1 三角载波线性电流控制

2.4.2 滞环控制

2.4.3 无差拍控制

2.4.4 自适应控制

2.4.5 单周控制

2.4.6 滑模便结构控制

2.4.7 模糊控制

2.5 本章小结

第三章 一种基于改进LMS的ip-iq谐波检测方法

3.1 自适应滤波概述

3.1.1 自适应滤波算法发展历程的概述

3.1.2 自适应滤波的主要算法

3.1.3 自适应滤波器的基本原理

3.2 基于LMS(最小均方)的自适应算法

3.2.1 最速下降法

3.2.2 LMS算法介绍

3.3 基于改进LMS结合ip-iq法的谐波检测

3.3.1 变步长LMS实现的低通滤波器

3.3.2 算法参数的设定

3.3.3 算法性能分析

3.4 仿真研究

3.4.1 仿真模型

3.4.2 仿真结果及分析

3.5 本章小结

第四章 一种基于LMS/LMF的ip-iq谐波电流检测方法

4.1 最小四阶矩(LMF)算法

4.2 基于LMS/LMF的ip-iq谐波电流检测方法

4.2.1 定步长LMS/LMF算法

4.2.2 改进的变步长LMS/LMF算法

4.2.3 算法性能分析

4.3 仿真结果研究

4.3.1 仿真模型

4.3.2 仿真结果

4.3.3 仿真分析

4.4 本章小结

第五章 基于DSP的谐波电流检测系统设计

5.1 数字信号处理器(DSP)的选择

5.2 实验设计思路

5.3 硬件电路设计

5.3.1 信号采样滤波电路

5.3.2 同步过零检测电路

5.3.3 A/D转换电路

5.4 软件设计

5.4.1 软件开发环境

5.4.2 DSP系统的初始化

5.4.3 ADC模块的初始化

5.4.3 主程序

5.4.4 中断服务子程序

5.4.5 谐波电流计算子程序

5.5 实验结果

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文